ThinkDesign汽车覆盖件模具全工序冲压模拟技术开发与应用

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1、ThinkDesign

2、汽车覆盖件模具全工序冲压模拟技术开发与应用2017-10-26模具是基础装备制造业的重要组成部分，是制造业各有关行业产业升级和技术进步的重要保障之一。随着时代的进步和科技的发展，过去长期依赖钳工、以钳工为核心的粗放型作坊式的生产管理模式，正逐渐被以技术为依托、以设计为中心的集约型现代化生产管理模式所替代。模具制造过程的前移，使调试问题被提前到加工数模设计乃至冲压工艺设计阶段解决，已经成为当前被广泛应用的模式。目前，国际模具领先行业已广泛采用CAE模拟仿真技术，通过前期的仿真模拟，提高模具设计质量，减少返工返修时间，提高装配、调试的效率，最终缩短调试周

3、期，降低调试成本。其模具设计和调试过程，已经真正形成了一个闭环制造系统。东风模具是业界处于领先地位的模具制造商，率先在国内对模具全工序冲压模拟技术做了系统的、全面的开发与应用，从技术上逐渐缩小与发达国家模具制造水平的差距，更好地满足国内汽车工业对高端覆盖件模具的需求。一、总体思路（1）应用虚拟冲压调试技术，在冲压工艺设计阶段实现虚拟调试，提升工艺设计水平，缩短调试周期。（2）研究基于AUTOFORM全工序模拟分析（SIM-MP-TB）技术，改进现有的SIM工作流程；建立全工序冲压模拟及回弹补偿的技术标准（评价标准、经验值、标准作业书）。（3）掌握精细化模面修正技术（A级曲面

4、、间隙和挠度的修正），解决轿车覆盖件的外观缺陷。建立外板表面缺陷的判断基准，建立表面缺陷的历史经验数据，积累经验，减少调试人员的工作量。二、主要内容及技术方案1、全工序成形模拟技术目前，东风模具使用的AUTOFORM是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，它采用静力隐式算法进行求解，采用了全拉格朗日理论，由于对壳单元面内和横向刚度都进行了解耦，消除了刚度矩阵的病态，保证了计算的收敛性，求解速度很快。该软件可自动进行网格剖分，自动生成和交互修改压料面、工艺补充部分、拉伸筋、凹模入口线、板坯材料等网格，可以自由选择调整冲压方向，产生工艺切口，模拟重力作用、压边、成形、修边、

5、回弹等全工序或工艺过程。在冲压工艺设计中应用AUTOFORM软件仿真模拟，一般分为三个阶段：第一阶段是快速模面设计。在冲压工艺设计初期，用CAE软件中的快速模面设计模块设计并调整拉延工艺补充面，根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。在前期工艺设计阶段能够改善的工艺参数有以下几点：（1）调整冲压方向，改善缺陷处的拔模角。（2）调整压料面的高低，以及局部的光顺性。（3）通过改善工艺补充的型面，来控制材料的流动方向。（4）通过改变拉延筋的阻力，来调整材料的流入量。（5）通过改变板料的形状，以及增加刺口和切角等手段来控制材料流入。（6）通过

6、改变板料的材料性能，来解决缺陷问题，此方法需要得到产品设计人员的认可。第二阶段是拉延型面的精细化仿真模拟。由于快速设计是建立在曲面的粗略构造上，曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，不能够直接用于模具表面的加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。因此要将第一阶段分析构造的曲面和Profile以中性数据格式IGS或VDA输出，在CAD软件中进行曲面重构，得到机加工可以使用的拉延工序模具数模并进行模拟分析。此阶段的模拟分析结果直接反映出覆盖件的成形过程及产生的缺陷。工艺设计人员可以根据模拟分析过程及结果，分析缺陷产生的原因，找到解决问题的方法。第三阶段是全工序冲压模拟

7、。这个阶段主要是考证后序翻边整形工序是否合理，以及判定回弹的量。如果翻边时仍产生开裂与起皱，则需要重新调整工艺，同时对回弹量进行修正补偿。2、回弹与回弹补偿技术起皱、破裂和回弹是薄板成形中三种主要的质量缺陷，其中回弹是最难控制的，因为涉及到回弹量的准确预测，且不同材料和不同形状的冲压件的回弹规律差别很大。回弹问题的存在会影响冲压件的形状尺寸精度和表面质量，进而影响整车装配。东风模具从2009年开始采用ThinkDesignGSM模块修正冲压回弹补偿。但当时的应用处于较低的水平，采用的技术方案是：根据调试模具实物结果反馈的尺寸，人工修改回弹造型，然后修改模具。这是一种事后的、

8、基于实物手工测量结果的措施，无法从根本上解决反复现场加工调试的问题。与Think3厂家多次技术交流和对需求的了解，针对东风模具的实际需求，提出相应的冲压件钣金回弹处理系统：TDCompensator，实现回弹补偿过程的自动化。此系统能够在保持原有曲面的质量上对模具型面进行修改，修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量。该系统通过AUTOFORM进行全工序模拟分析，利用ThinkDesign模块读取模拟分析MESH结果，自动进行回弹补偿模面设计，获得最佳曲面质量，节省MP设计时间40%～80%，实现把回